JP2871325B2 - 受光モジュール - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光通信あるいは光情報
処理の分野で使用され光ファイバからの信号光を受信す
る受光モジュールに関し、特に、光ファイバアンプで増
幅された信号光を受信するための受光モジュールに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバからの信号光を受信して電気
信号に変換するために、光ファイバの末端に受光モジュ
ールが取り付けられる。従来の受光モジュールは、図６
に示すように、レンズ５３と受光素子５１とからなり、
これらは筐体５０の中に格納されている。光信号を電気
信号に変換する受光素子５１としては、アバランシェホ
トダイオード（ＡＰＤ；avalanche photo diode）やｐ
ｉｎホトダイオードが使用される。そして、受光素子５
１は、レンズ５３によって光ファイバ５２と光学的に結
合され、光ファイバ５２からこの受光モジュールに入射
する光が受光素子５１に到達するようになっている。

【０００３】ところで、光ファイバを用いて光信号を伝
送する場合、光ファイバの伝送損失により、光信号の強
度が伝送距離に伴って減衰する。このため現在実用に供
されている光ファイバ通信システムでは、減衰した光信
号を増幅するための中継装置が一定距離ごとに設けられ
ている。この中継装置は、光信号をいったん電気信号に
変換して信号を増幅し、再び光信号に変換して送り出す
構成となっているため、装置が大がかりになりかつ高価
である。

【０００４】そこで近年、希土類ドープファイバによる
光増幅の研究が進められてきている。光増幅とは、光信
号を電気信号に変換することなく、光のままで入射信号
光を増幅し出射信号光を得ようとする方法のことであ
る。希土類ドープファイバを用いた光増幅では、ファイ
バ中の希土類イオンを信号光とは別の波長領域のレーザ
光で励起しておき、信号光による誘導放出を起こさせる
ことにより、光増幅が行なわれる。例えば、英国特許GB
2175766A明細書には、ネオジム(Nd)あるいはエルビニ
ウム(Er)を添加した光ファイバによる光増幅器が開示さ
れている。以下、この種の光増幅器のことを光ファイバ
アンプということにする。

【０００５】光ファイバアンプを使用した場合、特に受
信側でのプリアンプとして使用した場合、希土類ドープ
ファイバから放出される自然放出光を除去して雑音を軽
減する必要があり、光ファイバアンプの出射側に信号光
だけを透過する狭帯域のバンドパスフィルタを挿入する
必要がある。図７には、光ファイバアンプを含む光ファ
イバ通信システムの受信端側の構成例が示されている。

【０００６】光ファイバアンプ６０は、希土類ドープフ
ァイバ５４と、希土類ドープファイバ５４内の希土類イ
オンを励起するための光源である励起用半導体レーザモ
ジュール５５と、希土類ドープファイバ５４の入射側に
設けられた結合器５６と、希土類ドープファイバ５４の
出射側に設けられたファイバ型バンドパスフィルタ５８
とによって構成されている。結合器５６は、送信側につ
ながる光ファイバ５９からの信号光と励起用半導体レー
ザモジュール５５からの励起光とを希土類ドープファイ
バ５４に送り込むためのものである。希土類ドープファ
イバ５４の出射側はバンドパスフィルタ５８を介して光
ファイバ５２に接続され、光ファイバ５２の他端には受
光モジュール５７が取り付けられている。バンドパスフ
ィルタ５８は、特定の信号光波長のみを透過し他の自然
放出光をできるだけ阻止する必要から、その透過波長帯
域幅はできるだけ狭く（数ｎｍ以下）、かつ透過中心波
長は高精度（±０.数ｎｍ）で設定できる必要がある。

【０００７】伝送路内に挿入するファイバ型バンドパス
フィルタ５８の構成例が図８に示されている。このバン
ドパスフィルタ５８は、希土類ドープファイバ５４と受
信端側の光ファイバ５２とを光学的に結合させる２枚の
レンズ６１,６２と、両方のレンズ６１,６２の光路内に
設けられ特定波長のみを透過するバンドパスフィルタ板
６３とからなっている。バンドパスフィルタ板６３とし
ては、ガラス板表面に誘電体の多層膜を形成したものな
どが用いられる。透過中心波長の設定は、通常の場合、
バンドパスフィルタ板６３に対する光の入射角度を調整
することにより行なわれている。

【０００８】このバンドパスフィルタ５８では、バンド
パスフィルタ板６３への光の入射角度を調整しながら、
典型的にはコア径が１０μｍである両方の光ファイバ５
２,５４を光学的に効率よく結合する必要があり、その
ため光軸合わせ作業が極めて困難なものとなる。バンド
パスフィルタ５８内の２枚のレンズ６１,６２の結合損
失が無視できないので、光ファイバアンプ６０全体とし
ての光増幅ゲインが低下する。

【０００９】また、このバンドパスフィルタ５８では、
バンドパスフィルタ板６３を回転させて光の入射角度を
変化させることにより、透過中心波長を任意に変化させ
ることができる。しかしながら、このときバンドパスフ
ィルタ板６３に対して斜めに光が入射するので、バンド
パスフィルタ板６３と空気との屈折率の差により、透過
光ビームが平行移動する。光ファイバ５２,５４相互の
結合系では、バンドパスフィルタ板６３の透過ビームの
平行移動に対する寸法公差が厳しく、各レンズ６１,６
２および各光ファイバ５２,５４を固定した後にバンド
パスフィルタ板６３を回転させて透過中心波長を変更し
た場合には、光ファイバ５２,５４間の結合損失が大き
くなる。これにより、この種のファイバ型バンドパスフ
ィルタによって同調可能（チューナブル）フィルタを構
成することは、事実上できない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述のように光ファイ
バアンプの出射側にバンドパスフィルタを設けこのバン
ドパスフィルタと受光モジュールとの間を光ファイバで
接続する構成の光ファイバ通信システムでは、光ファイ
バアンプのゲインが実質的に低下し、かつ、バンドパス
フィルタをチューナブルなものとすることが困難である
という問題点がある。

【００１１】本発明の目的は、バンドパスフィルタ特性
を有し、受光感度を低下させることなく透過中心波長を
調整することができ、かつ光ファイバアンプに接続した
場合に光ファイバアンプの入力部から受光素子までの全
体としての光増幅ゲインの低下を抑制できる受光モジュ
ールを提供し、上述の問題点を解決することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の受光モジュール
は、光ファイバに接続され、光信号を電気信号に変換す
る受光素子と、前記光ファイバと前記受光素子とを光学
的に結合するレンズとを有する受光モジュールにおい
て、前記受光素子と前記レンズとの間に、表面に平行な
軸を中心として回転可能であるバンドパスフィルタ板が
設けられ、前記バンドパスフィルタ板が、ガラス基板上
に誘電体多層膜を積層したものであり、前記バンドパス
フィルタ板の回転の中心軸が、前記レンズから前記受光
素子に向う光路に対して概ね直角である。

【００１３】

【作用】回転可能なバンドパスフィルタ板を介して光フ
ァイバからの光が受光素子へ直接入射されるため、レン
ズ、光ファイバおよび受光素子を固定した後にバンドパ
スフィルタ板を回転させて透過中心波長を調整したとし
ても、受光感度はほとんど低下しない。

【００１４】バンドパスフィルタ板としては、ガラス基
板上に誘電体多層膜を積層したものを使用するが、この
誘電体多層膜としては、二酸化チタンの薄膜と二酸化シ
リコンの薄膜を交互に積層したものが例示される。

【００１５】受光素子としては、例えばアバランシェホ
トダイオードやｐｉｎホトダイオードを好ましく使用す
ることができる。

【００１６】

【実施例】次に本発明の実施例について図面を参照して
説明する。

【００１７】本実施例の受光モジュール１０は、図１お
よび図２に示されるように、直方体状のケース２５、ケ
ース２５に取り付けられた受光素子２０、光ファイバ２
１を受け入れるためのレセプタクル２９、レンズ２２、
ケース２５に回転自在に取り付けられた回転ホルダ２
４、回転ホルダ２４に取り付けられたバンドパスフィル
タ板２３を備えている。受光素子２０は光信号を電気信
号に変換するものであって、例えば、アバランシェホト
ダイオードやｐｉｎホトダイオードで構成されている。
レセプタクル２９は、ケース２５の受光素子２０が設け
られている面と対向する面に、レセプタクル２９が受け
入れる光ファイバ２１の末端が受光素子２０に正対する
ように、取り付けられている。光ファイバ２１から受光
素子２０に至る光路上に、レンズ２２が設けられてい
る。レンズ２２は、光ファイバ２１と受光素子２０とを
光学的に効率よく結合させるためのものである。

【００１８】回転ホルダ２４は棒状の部材であり、その
回転軸は、光ファイバ２１から受光素子２０に向う光路
とほぼ垂直になっている。回転ホルダ２４は、ケース２
５の側壁に設けられた軸受部２６に軸支されている。回
転ホルダ２４の長手方向の中央部はくびれ部２４ａとな
っており、このくびれ部２４ａには回転軸に垂直な方向
に貫通孔２７が設けられている。光ファイバ２１から受
光素子２０に向う光路は、貫通孔２７の中を通過するよ
うになっている。この貫通孔２７を覆うようにして、回
転ホルダ２４にバンドパスフィルタ板２３が取り付けら
れている。バンドパスフィルタ板２３は、板厚０.５ｍ
ｍのガラス基板上に誘電体多層膜を積層したものであっ
て特定波長の光のみを透過させるものである。ここでは
誘電体多層膜は、二酸化チタン（ＴｉＯ₂）と二酸化シ
リコン（ＳｉＯ₂）の薄膜を交互に積み重ねた構造のも
のである。そして、このバンドパスフィルタ板２３への
光の入射角度と透過中心波長との関係が、図３に示され
ている。

【００１９】以上のように受光モジュール１０を構成す
ることにより、レセプタクル２９に受け入れられた光フ
ァイバ２１の末端から放出される光は、レンズ２２を通
って、バンドパスフィルタ板２３に至り、ここで特定波
長の光のみが選択されて受光素子２０に達することにな
る。バンドパスフィルタ板２３は、ケース２５に回転可
能に支持されている回転ホルダ２４に取り付けられてい
るので、回転ホルダ２４の回転角を調整することによ
り、レンズ２２から出射される光がバンドパスフィルタ
板２３に入射する角度を調整でき、バンドパスフィルタ
板２３での透過中心波長を任意に調整して設定すること
が可能となる。この場合、バンドパスフィルタ板２３の
回転にともなって、バンドパスフィルタ板２３を通過す
るするビームの光軸は数１０μｍ平行移動するが、受光
素子２０の受光面積が一般に約５０〜１００μｍ角と大
きいため、この程度のビームの平行移動では、受光素子
２０の受光感度はほとんど変化しない。したがって、受
光素子２０の受光感度を低下させることなくバンドパス
フィルタ板２３の透過中心波長を調整することができ
る。また、受光素子２０の受光面積が大きいことによ
り、光軸合わせの作業も容易である。

【００２０】次に、光ファイバ通信システムへの本実施
例の受光モジュールの応用例について説明する。図４に
示したものでは、光ファイバアンプ３０に上記の受光モ
ジュール１０が直接接続されている。光ファイバアンプ
３０は、希土類ドープファイバ３４と、希土類ドープフ
ァイバ３４内の希土類イオンを励起するための光源であ
る励起用半導体レーザモジュール３５と、希土類ドープ
ファイバ３４の入射側に設けられた結合器３６とによっ
て構成されている。結合器３６は、送信側につながる光
ファイバ３１からの信号光と励起用半導体レーザモジュ
ール３５からの励起光とを希土類ドープファイバ３４に
送り込むためのものである。そして、受光モジュール１
０のレセプタクル２９に、希土類ドープファイバ３４の
出射端がそのまま受け入れられている。この光ファイバ
通信システムでは、光ファイバ３１からの信号光は、光
ファイバアンプ３０で増幅され、受光モジュール１０に
入力する。この場合、受光モジュール１０には、増幅さ
れた信号光のほか励起光や希土類ドープファイバ３４内
での自然放出光も入射するが、これら励起光や自然放射
光は受光モジュール１０内のバンドパスフィルタ板で除
去され、受光素子には増幅された信号光のみが到達す
る。この場合、従来使用されているようなファイバ型バ
ンドパスフィルタは用いられていないので、光ファイバ
アンプから受光モジュールまでを含む系における全体と
しての光増幅ゲインは低下しない。また、透過中心波長
の微調整も容易に行なうことができるので、信号光の波
長の微小な変化に対応でき、送信側からの信号光のみを
より正確に選択することができるようになる。

【００２１】本実施例の受光モジュール１０は、図５に
示すように、光ファイバアンプ３０に対して光ファイバ
３７を介して接続することもできる。光ファイバアンプ
３０の希土類ファイバアンプ３４の出射側と光ファイバ
３７の一端とは光コネクタ３８で接続され、光ファイバ
３７の他端が受光モジュール１０のレセプタクル２９に
受け入れられている。光ファイバ３７の長さは、光ファ
イバアンプ３０の光増幅ゲインと受光モジュール１０側
での受光感度に応じて定められ、通常の光ファイバ中継
距離程度の長さとすることが可能である。この場合も、
増幅された信号光のほかに励起光や自然放出光が希土類
ドープファイバ３４から光ファイバ３７に入射する。そ
して光ファイバ３７からは信号光のほかに自然放出光が
受光モジュール１０に入射する。この場合も上述と同様
に、受光モジュール１０のバンドパスフィルタ板によっ
て、目的とする信号光のみが受光素子に入力する。図７
に示した従来の光ファイバ通信システムに比べ、ファイ
バ型バンドパスフィルタを挿入しない分だけ損失が低下
し、光ファイバアンプと受光モジュールとを接続する光
ファイバを長くすることができる。また、信号光波長の
微小な変化に対して透過中心波長の微調整を容易にでき
る。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、受光素子
とレンズとの間に、表面に平行な軸を中心として回転可
能であるバンドパスフィルタ板を設けることにより、こ
のバンドパスフィルタ板を介して光ファイバからの光が
受光素子へ直接入射されるため、レンズ、光ファイバお
よび受光素子を固定した後にバンドパスフィルタ板を回
転させて透過中心波長を調整したとしても、受光感度は
ほとんど低下しないという効果がある。したがって、こ
の受光モジュールを用いて光ファイバアンプを構成した
場合、この受光モジュール自体がバンドパスフィルタ特
性を有するため、光アンプの構成が簡便になるとともに
光ファイバアンプの入力部から受光モジュールまでの損
失が少なくなり、光増幅ゲインの低下を抑制することが
可能になり、さらに信号光波長の微小な変化に対してバ
ンドパスフィルタ板の透過中心波長を微調整できるとい
う種々の優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の受光モジュールの構成を示
す斜視図である。

【図２】図１の受光モジュールの構成と光路との関係を
示す図である。

【図３】バンドパスフィルタにおける入射角と透過中心
波長との関係を示す特性図である。

【図４】光ファイバアンプと本実施例の受光モジュール
とを組み合せた一例を示すブロック図である。

【図５】光ファイバアンプと本実施例の受光モジュール
とを組み合せた別の一例を示すブロック図である。

【図６】従来の受光モジュールの構成を示す概略断面図
である。

【図７】従来の受光モジュールを使用した光ファイバ通
信システムの構成例を示すブロック図である。

【図８】バンドパスフィルタの構成を示す概略断面図で
ある。

【符号の説明】

１０ 受光モジュール ２０ 受光素子 ２１,３１,３７ 光ファイバ ２２ レンズ ２３ バンドパスフィルタ板 ２４ 回転ホルダ ２４ａ くびれ部 ２５ ケース ２６ 軸受部 ２７ 貫通孔 ２９ レセプタクル ３０ 光ファイバアンプ ３４ 希土類ドープ光ファイバ ３５ 励起用半導体レーザモジュール ３６ 結合器 ３８ 光コネクタ

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光ファイバに接続され、光信号を電気信
   号に変換する受光素子と、前記光ファイバと前記受光素
   子とを光学的に結合するレンズとを有する受光モジュー
   ルにおいて、 前記受光素子と前記レンズとの間に、表面に平行な軸を
   中心として回転可能であるバンドパスフィルタ板が設け
   られ、 前記バンドパスフィルタ板が、ガラス基板上に誘電体多
   層膜を積層したものであり、 前記バンドパスフィルタ板の回転の中心軸が、前記レン
   ズから前記受光素子に向う光路に対して概ね直角である
   ことを特徴とする受光モジュール。
2. 【請求項２】 誘電体多層膜が二酸化チタンの薄膜と二
   酸化シリコンの薄膜を交互に積層したものである請求項
   １に記載の受光モジュール。
3. 【請求項３】 受光素子が、アバランシェホトダイオー
   ドからなる請求項１に記載の受光モジュール。
4. 【請求項４】 受光素子が、ｐｉｎホトダイオードから
   なる請求項１に記載の受光モジュール。
5. 【請求項５】 光ファイバが光ファイバアンプに接続さ
   れている請求項１に記載の受光モジュール。
6. 【請求項６】 光ファイバが光ファイバアンプの光増幅
   用光ファイバである請求項１に記載の受光モジュール。
7. 【請求項７】 光増幅用光ファイバが希土類ドープファ
   イバである請求項６に記載の受光モジュール。